Elektrolisa larutan amonia dengan elektroda platina/stainless steel
dipengaruhi oleh variabel-variabel pH, densitas arus dan konsentrasi NaCl. Ketiga variabel tersebut berpengaruh terhadap konversi secara positif. Hal itu dapat dilihat dari konsentrasi amonia sisa yang semakin kecil dengan penambahan nilai ketiga variabel tersebut. Dengan semakin kecilnya konsentrasi amonia sisa berarti semakin besar jumlah amonia yang bereaksi dan terkonversi menjadi produk. Sehingga konversi menjadi semakin besar dengan semakin besarnya nilai ketiga variabel. Konversi terbesar adalah 30,16 % dicapai pada variabel pH = 12,5 , densitas arus = 15 mA/cm2 dan konsentrasi NaCl = 300 ppm. Penambahan NaCl dan pH berpengaruh positif terhadap efisiensi Faraday. Kenaikan nilai kedua variabel tersebut mengakibatkan peningkatan efisiensi Faraday. Sedangkan penambahan nilai variabel densitas arus akan menurunkan efisiensi Faraday. Efisiensi Faraday tertinggi sebesar 78,43 % dicapai pada kondisi pH = 12,5, densitas arus = 15 mA/cm2 dan konsentrasi NaCl = 300 ppm.
Pada penelitian ini juga mempelajari kinetika reaksi degradasi amonia. Penambahan nilai ketiga variabel akan menaikan nilai konstanta kecepatan reaksi (k), sedangkan orde reaksi adalah satu semu dan nilai konstanta kecepatan reaksi terbesar adalah 0,00428 menit-1 diperoleh pada kondisi percobaan pH=12,5; densitas arus =15 mA/cm2 serta penambahan NaCl sebesar 300 ppm.
5.2. Saran
Penelitian ini masih merupakan dasar dari proses elektrolisa larutan amonia. Penelitian-penelitian lanjutan perlu dilakukan untuk memperoleh hasil yang optimal dari proses ini seperti penggunaan densitas arus yang lebih besar dan waktu
44 elektrolisa yang lebih lama sehingga diperoleh konversi yang lebih tinggi. Disamping itu perlu dilakukan suatu penelitian elektrolisa dengan melakukan variasi konsentrasi amonia awal dan juga menggunakan larutan umpan limbah, sehingga dapat dipelajari pengaruh impuritas lain selain NaCl terhadap keseluruhan proses elektrolisa.
45 BAB VI
RINGKASAN
Salah satu bahan kimia yang umum terkandung didalam limbah adalah ammonia (NH3). Limbah dengan kandungan amonia sebagaian besar bersumber dari sekresi mamalia dalam bentuk urin (peternakan), pabrik pupuk nitrogen, pabrik ammonia dan pabrik asam nitrat. Selain baunya, amonia dalam bentuk gas merupakan polutan yang berbahaya terutama jika terhirup ke dalam sistem pernafasan. Elektrolisa oksidasi amonia secara langsung merupakan salah satu cara yang potensial untuk diaplikasikan pada pengolahan limbah dengan kandungan amonia karena merupakan teknologi yang sederhana dengan hasil samping berupa gas nitrogen tidak membutuhkan pengolahan lebih lanjut langsung dapat dilepas ke lingkungan. Penelitian ini merupakan penelitian yang bertujuan mencari hubungan pengaruh antara faktor-faktor densitas arus, pH dan konsentrasi ion Cl terhadap konsentrasi amonia sisa, konversi serta efisiensi faraday pada proses elektrolisa amonia jika dipergunakan elektroda stainless steel dan platina.
Elektrolisa larutan model dengan konsentrasi amonia awal sebesar 100 ppm dilakukan pada suatu sel elektrolisa dengan elektroda platina/stainless steel. Volume larutan sebanyak 1L tiap percobaan dengan variabel pH, densitas arus dan konsentrasi NaCl. Percobaan dilakukan dengan tiga variabel berubah yaitu densitas arus yang dipergunakan, konsentrasi ion klorida dan pH larutan. Satu variabel berubah pada suatu waktu sedangkan dua variabel yang lain dibuat tetap. Sampel diambil setiap 25 menit untuk dianalisa kadar amonianya dengan metode Nesslerization, sedangkan waktu perlakuan elektrolisa tiap percobaan 100 menit.
Dari hasil penelitian diperoleh hubungan bahwa variabel-variabel pH, densitas arus dan konsentrasi NaCl mempengaruhi proses elektrolisa secara positif. Hal itu dapat dilihat dari konsentrasi amonia sisa yang semakin kecil dengan penambahan nilai ketiga variabel tersebut. Dengan semakin kecilnya konsentrasi amonia sisa berarti semakin besar jumlah amonia yang bereaksi dan terkonversi menjadi produk. Sehingga konversi menjadi semakin besar dengan semakin besarnya nilai ketiga variabel. Konversi terbesar adalah 30,16 % dicapai pada variabel pH = 12,5 , densitas arus = 15 mA/cm2 dan konsentrasi NaCl = 300 ppm. pH dan densitas arus berpengaruh positif terhadap efisiensi Faraday. Kenaikan nilai kedua variabel tersebut mengakibatkan peningkatan efisiensi Faraday. Sedangkan penambahan nilai variabel densitas arus akan menurunkan efisiensi Faraday. Efisiensi Faraday tertinggi sebesar 78,43 % dicapai pada kondisi pH = 12,5, densitas arus = 15 mA/cm2 dan konsentrasi NaCl = 300 ppm. Ketiga variabel juga berpengaruh terhadap nilai konstanta kecepatan reaksi (k) dan orde reaksi untuk degradasi amonia menunjukkan orde satu semu.
46 DAFTAR PUSTAKA
Appl, M., 1999, Ammonia : Principles and Industrial Practice, Wiley-VCH,Weinheim, pp. 221-235.
Asano, M., Nakamura, K., Katou, Y., Mizutani, H., Ike, T., 2005, Decomposition System of Nitrogen Compounds in Waste Water with Electrolysis, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Technical Review Vol. 42 No. 4.
ASTM, D – 1426 – 03, Standard Test Methods for Ammonia Nitrogen in Water. Bonnin, E. P., 2006, Electrolysis of Ammonia Effluents : A Remediation Process with
Co-generation of Hydrogen,Master Thesis, College of Engineering and Technology of Ohio University, pp. 17-26.
Bonnin, E. P., Biddinger, E. J., Botte, G. G., 2008, Effect of Catalyst on Electrolysis of Ammonia Efflents,Journal of Power Sources, 182, 284-290.
Brett, C. M. A. and Brett, A. M. O., 1993, Electrochemistry : principles, Methods, and Applications, Oxford University Press Inc., New York, pp. 326-328. Brigden, K. and Stringer, R. 2000, Ammonia and Urea Production : Incidents of
Ammonia Release From The Profertil Urea and Ammonia Facility, Bahia Blanca, Argentina, Greenpeace Research Laboratories, Departement of Biological Science University of Exeter, UK.
Chen, J., Shi, H., Li, J., 2007, Electrochemical Treatment of Ammonia in Wastewater by RuO2-IrO2-TiO2/Ti Electrodes, J Appl Electrochem, 37, 1137-1144.
Cheng, H., Scott, K., Christensen, P. A., 2005,Paired Electrolysis in a Solid Polymer Electrolyte Reactor –Simultaneously Reduction of Nitrate and Oxidation of Ammonia, Chemical Engineering Journal, 108, 257-268.
Cooper, M., and Botte, G. G., 2006, Hydrogen Production from the Electro-oxidation of Ammonia Catalyzed by Platinum and Rhodium on Raney Nickel Substrate,
47 Emerson, K., Lund, R.V., Thurston, Russo, R.C., 1975, Aqueous Ammonia
Equilibrium Calculation: Effect of pH and Temperature, J. Fish. Res. Board Can., 32, 2379-2383.
Fawel, J. K., Lund, U., Mintz, B., 1996, Guidelines for Drinking Water Quality, 2nd ed. Vol.2, Health criteria and other supporting information,WHO, Geneva. Kim, K. W., Kim, Y. J., Kim, I. T., Park, G., Lee, E. H., 2006, Electrochemical
Conversion Characteristics of Ammonia to Nitrogen, Water Research, 40, 1431-1441.
Lima, S. M. G., Wildhagen, G. R. S., Cunha, J. W. S. D., Afonso, J. C., 2008, Removal of ammonium Ion from Produced Waters in Petroleum Offshore Exploitation by a Batch Single –stage Electrytic Process, Journal of Hazardous Materials, 161, 1560-1564.
Mondor, M., Masse, L., Ippersiel, D., Lamarche, F., Masse, D. I., 2008, Use of Electrodialysis and Reverse Osmosis for The Recovery and Concentration of Ammonia from Swine Manure, Bioresource Technology, 99, 7363-7368. Shelp, G. S., Seed, L. P., 2007. Electrochemical Treatment of Ammonia in Waste
Water, United States Patent Number S 7,160,430 B2.
Valupadas, P., 1999, Wastewater Management Review for Fertilizer Manufacturing Sector, Environmental Science Division, Environmental Service.
Vanlangendonck, Y., Cobisier, D., Lierde, A., V., 2005, Influence of Operating Condition On the Ammonia Electro-oxidation Rate inWastewaters from Power Plants (ELONETATM Technique), Water Research, 39, 3028-3024. Vitse, F., Cooper, M., Botte, G.G., 2005, On The Use of Ammonia Electrolysis for
Hydrogen Production, Journal of Power Sources, 142, 18-26.
Yan, L., Liang, L., Goel, R., 2009, Kinetic Study of Electrolytic Ammonia Removal Using Ti/IrO2 as Anoda Under Different Experimental Conditions, Journal of Hazardous Materials, 161, 1010-1016.
48 Zhou, L., Cheng, Y. F., 2008, Catalytic Electrolysis of Ammonia On Platinum In
Alkaline Solution for Hydrogen Generation, International Journal of Hydrogen Energy, 33, 5897-5904.
Zoski, G. C., 2007, Handbook of Electrochemistry, First edition, Elsevier, Amsterdam, pp. 08-14.
49 Lampiran 1
Pembuatan Larutan Model
1. Pembuatan larutan NH3 konsentrasi 100 ppm Amonium hidroksida mengandung 25 % NH3 100 ppm NH3 = 100 mg NH3/L = 0,1 gr NH3/L
Volume ammonium hidroksida yang dihitung dengan persamaan berikut: Volume NH4OH = [konsentrasi (ppm) x Volume larutan (L)]/[densitas NH4OH x 0,25]
Untuk 1 L larutan NH3 dengan konsentrasi 100 ppm dibutuhkan NH4OH sejumlah ml 44 , 0 25 100 x ml gr 9 , 0 gr 1 , 0 OH NH Volume 4 = =
2. Jumlah NaCl yang ditambahkan Untuk 300 ppm NaCl
300 ppm = 0,3 gr/L
Volume larutan total = 1 L,sehingga jumlah NaCl yang ditambahkan adalah 0,3 gr untuk konsentrasi NaCl 300 ppm.
50 Lampiran 2
Metode Analisa Amonia